Історія Південної залізниці розпочинається у другій половині ХІХ століття, коли у травні 1868 року розпочалося будівництво Курсько-Харково-Азовської залізниці. Уже за рік у травні 1869 харків’яни зустрічали перший поїзд. Регулярний рух за напрямком Курськ – Бєлгород – Харків протяжністю 227 верст (приблизно 242 км) було відкрито у липні 1869 року, а ще до кінця того ж 1869 року запрацював і напрямок від Харкова до Ростова протяжністю 538 верст.
Управління Курсько-Харково-Азовської залізниці знаходилося у Харкові. Його структура була такою: очолював залізницю управляючий, роботою служб керували контори руху, тяги, головного інженера, магазинного відділу, телеграфу. Важливе значення мали канцелярія та розрахунковий відділ. У 1875 році до початкових служб додалися служби контролю складання та ремонту колії.
Друга частина, а особливо кінець XIX століття ознаменувалися справжнім бумом залізничного будівництва на Слобожанщині: після Курсько-Харково-Азовської з’являються Харково-Миколаївська та Лозівсько-Севастопольська залізниці. 3 1896 року залізниця отримала назву Курсько-Харково-Севастопольської, а з 1 січня 1907 року на підставі відповідної постанови уряду Курсько-Харково-Севастопольська та Харково-Миколаївська залізниці були об’єднані в одну мережу під загальною назвою Південних залізниць.
У 1913 році довжина залізниць, прокладених на укрaїнських землях, що на той час входили до складу російської імперії, становила більше десяти тисяч кілометрів, при цьому майже половина з них належала Південним залізницям.
У 1932 році Радою народних комісарів було прийнято рішення про реконструкцію залізниць. Цим рішенням передбачалося: посилення колії шляху за рахунок укладання більш важких рейок, створення потужних паротягів, великовантажних 4-осних вагонів, переведення рухомого складу на автогальма й автозчеплення, створення систем напівавтоматичного й автоматичного блокування, упровадження механічної та електричної централізації стрілок і сигналів тощо.
У лютому 1934 року згідно з наказом Народного комісаріату шляхів сполучення відбулося розгалуження Південних залізниць на дві самостійні – Південну та Донецьку.
Від платформи станції Харків-Пасажирський у довоєнні роки відправлялися 28 «зразкових» поїздів приміського руху і деякі поїзди дальнього сполучення. Справжнє свято влаштувала Південна для юних харків’ян. 8 жовтня 1940 року прийняла перших пасажирів дитяча залізниця.
У часи німецько-радянської війни європейська частина мережі залізниць була цілком зруйнована, втрачено 40% вагонів та 50% локомотивів. Попри це, залізничний транспорт цілком забезпечив військові перевезення й транспортування вантажів на фронт. Відбудова залізниць і перешивання на радянську колію проводилися залізничними військами і спецформуваннями Народного комісаріату шляхів сполучення – мостопоїздами, військово-експлуатаційними відділеннями. У серпні 1943 року в звільненому місті Харкові, як на свято, чекали харків’яни на перший поїзд. Залізничники після війни не просто відновлювали господарство, вони модернізували його в дусі свого часу, спираючись на нові відкриття науки і техніки. Особливо великих масштабів досягла електрифікація.
У 1957 році від Харкова до Мерефи пішли перші приміські електропоїзди. У 1960-1961 роках було електрифіковано приміські дільниці Люботин – Харків, Харків – Лосєве, Основа – Лиман (Донецької залізниці).
У 1991 році Україна стала незалежною державою. Щоб підвищити імідж України як транзитної держави, управління Південної залізниці розробило цільову програму зі збільшення потужностей Куп’янської станції для переробки потоку вантажів. Залучення в Україну додаткових транзитних вагонопотоків із країн Європи створило передумови для переведення на електротягу стратегічно важливого напрямку українських залізниць Харків –Київ. У 1994 році була прийнята Державна програма електрифікації залізниць України. Оновлюючи прилади електропостачання, прокладаючи контактну мережу на нових ділянках, працівники магістралі закладали основу її майбутніх досягнень.
У 2000 році почала діяти Програма відновлення та модернізації пасажирського рухомого складу. Проведено капітально-відновлювальний ремонт електро- та дизель-поїздів, а також пасажирських вагонів.
За останні роки колектив Південної залізниці реалізував чимало проєктів, які сприяли поліпшенню виробничих показників, покращили умови праці, додали новизни в соціальній сфері. Здійснювалося все це в непростих економічних умовах. Але цей фактор не став на заваді, бо почуття єдності та відповідальності були і залишаються одним із головних рушіїв розвитку магістралі.
Після утворення у червні 2014 року ПАТ «Укрзалізниця», що стало правонаступником усіх прав та обов’язків ДАЗТ України, державне підприємство «Південна залізниця» у грудні 2015 року продовжило свою діяльність як регіональна філія «Південна залізниця» ПАТ «Укрзалізниця». У жовтні 2018 року постановою КМУ змінено тип ПАТ «Укрзалізниця» з публічного на приватне та перейменовано в АТ «Укрзалізниця».
Сьогодні регіональна філія «Південна залізниця» АТ «Укрзалізниця» як одна з найстаріших залізниць України займає важливе місце в залізничній галузі держави. Безумовно, гарантом цього є професіоналізм колективу, що склався за роки, його наполеглива праця задля оновлення й економічного зростання галузі.
В силу історичних обставин, що беруть свій початок ще з ХІХ — початку ХХ століття, в Україні склався територіальний розподіл залізничної інфраструктури на шість регіональних залізниць. Реформування АТ «Укрзалізниця» зумовило поетапну відмову від регіонального поділу та перехід до виокремлення функціональних вертикалей: пасажирської, вантажної, інфраструктурної.
Через складність і багатоукладність функціонування, діяльність регіональних філій наразі ще триває. Водночас власні назви цих філій використовуються виключно у внутрішньому діловодстві, що не передбачає їх застосування в публічному просторі.
У ході подальших структурних перетворень регіональні філії будуть реорганізовані, а на їх основі створено оператора інфраструктури.
З огляду на це, витрачання коштів на перейменування двох регіональних філій — Південна залізниця та Південно-Західна залізниця, назви яких мають імперське походження і викликають занепокоєння серед громадськості та наукової спільноти, є фінансово недоцільним. Адже ці внутрішні найменування підрозділів АТ «Укрзалізниця» протягом найближчих років будуть виведені з ужитку навіть у внутрішній документації. Регіональний поділ залізниць, а також відповідна атрибутика (карти, вивіски, покажчики) у подальшому становитимуть історичну спадщину залізниці та поповнять експозиції музеїв України.
Станом на сьогодні, в умовах збройної агресії російської федерації проти України, основними завданнями АТ «Укрзалізниця» є забезпечення стабільного та ефективного функціонування залізничного транспорту, створення умов для підтримки обороноздатності держави та гарантування національної безпеки.
Усі ресурси, засоби та кошти товариства спрямовані на забезпечення сталої роботи компанії, перевезення вантажів і пасажирів у внутрішньому та міжнародному сполученні. Особливу увагу приділено підтримці та відновленню об’єктів залізничної інфраструктури, зокрема в прифронтових регіонах України, де постійно відбуваються обстріли та пошкодження залізничних об’єктів.